(57)【要約】【課題】位相角によって切除形状が異なる楕円体の面取り加工において、当該楕円体と異なる修正加工形状を設定し、この修正加工形状による楕円加工をすることで求める切除形状を得る。【解決手段】ボスの外周に、ボスの中心軸と特定の傾斜角で傾斜する側面と、中心軸と平行な外周面とを有する傾斜円板を張出させた傾斜円板体を、主軸に取り付けられるチャックで傾斜円板の側面を主軸の軸芯方向であるＺ軸と直角なＸ軸方向に一致させて把持し、傾斜円板の側面と外周面との交差部を刃具で面取りする面取り加工方法において、交差部の、Ｘ軸面内で形成される楕円形状を含む求める面取り形状に適合するよう修正した修正加工形状をＸ軸と平行なＹ軸面内で設定し、刃具を、主軸の回転方向であるＣ軸方向の回転に伴って傾斜円板体に修正加工形状を描出させる加工軌道によってＹ軸方向に動かして交差部に所要の面取り加工を施すことを特徴とする傾斜円板体の面取り加工方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボスの外周に、ボスの中心軸と特定の傾斜角で傾斜する側面と、中心軸と平行な外周面とを有する傾斜円板を張出させた傾斜円板体を、主軸に取り付けられるチャックで傾斜円板の側面を主軸の軸芯方向であるＺ軸と直角なＸ軸方向に一致させて把持し、傾斜円板の側面と外周面との交差部を刃具で面取りする面取り加工方法において、交差部の、Ｘ軸面内で形成される楕円形状を含む求める面取り形状に適合するよう修正した修正加工形状をＸ軸と平行なＹ軸面内で設定し、刃具を、主軸の回転方向であるＣ軸方向の回転に伴って傾斜円板体に修正加工形状を描出させる加工軌道によってＹ軸方向に動かして交差部に所要の面取り加工を施すことを特徴とする傾斜円板体の面取り加工方法。
【請求項２】
刃具をＹ軸方向の制御に加えてＸ軸方向の制御とＺ軸方向の制御によって動かす請求項１の傾斜円板体の面取り加工方法。
【請求項３】
面取り加工が数次の工程で行なわれるものであり、特定の工程では、傾斜円板の傾斜角と刃具との関係に応じて交差部の所定の位相角の範囲のみの面取り加工を行なう請求項１又は２の傾斜円板体の面取り加工方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかの傾斜円板体の面取り加工を実行するＮＣ工作機械であり、このＮＣ工作機械が、主軸の回転方向であるＣ軸方向に主軸を制御するＣ軸制御と、主軸の軸芯方向であるＺ軸方向に移動可能に設けられたＺ軸スライドをＺ軸方向に制御するＺ軸制御と、Ｚ軸スライドに取り付けられてＺ軸と直角なＸ軸方向に移動可能に設けられたＸ軸スライドをＸ軸方向に制御するＸ軸制御と、Ｘ軸スライドに取り付けられてＸ軸と平行なＹ軸方向に移動可能に設けられたＹ軸スライドに取り付けた刃具をＹ軸方向に制御するＹ軸制御の、４軸制御で制御されるものであることを特徴とする傾斜円板体の面取り加工を実行するＮＣ工作機械。
【請求項５】
請求項４のＮＣ工作機械を制御する制御方法であり、この制御方法が、傾斜円板体を所定の中心角度で分割して当該分割したＣ軸座標値に対するＹ軸座標値を計算し、主軸の回転に基づくＣ軸座標値の推移に伴ってこのＹ軸座標値に応じて刃具を動かすとともに、分割されたＹ軸座標値の間の刃具経路を線形又は非線形で補間するものであることを特徴とする傾斜円板体の面取り加工を実行するＮＣ工作機械を制御する制御方法。
【請求項６】
線形補間が直線補間であり、非線形補間が円弧又はスプライン曲線補間等である請求項５の傾斜円板体の面取り加工を実行するＮＣ工作機械を制御する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸軸芯から見て被加工物の切削面が楕円をしている楕円体の側面と外周面との交差部を面取り加工する傾斜円板体の面取り加工方法及びこの面取り加工方法を実行するＮＣ工作機械並びにこのＮＣ工作機械を制御する制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加工物の外周面や内径孔をＮＣ旋盤（工作機械）によって楕円に加工することはよく行なわれている。所謂、楕円加工と呼ばれるものであり、主軸に取り付けられたチャックで把持する被加工物の回転角度（Ｃ軸座標値）に応じて主軸の軸芯方向（Ｚ軸）と直角な方向（Ｘ軸）に制御動作させられる刃物台に取り付けた刃具を被加工物がＸ軸面内で形成される楕円形状に即してＸ軸方向に移動させるものである。これらは、原則的には、加工面がＺ軸と平行であるから、刃具の制御動作は、非加工物がＸ軸面内で形成される楕円形状と一致したものでよく、これをＺ軸方向に展開して行けばよい。
【０００３】
ところで、ボスの外周にボスの中心軸と傾斜する側面を有する円板を張出させ、この円板の外周面はボスの中心軸と平行に形成されるような傾斜円板体が存在する。斜板式圧縮機に使用されている傾斜円板体がその一例であるが、このような形状をしている傾斜円板体の側面と外周面との交差部（角部）の面取り加工は、それほど単純ではない。このような形状をしている傾斜円板体の交差部の面取り加工を機械加工（旋盤加工）で行なうには、傾斜円板の傾斜角が大きいと、チャックによる把持の際、傾斜円板の側面をＸ軸方向に一致させなければならない。        
【０００４】
何故なら、ボスを把持したのでは、回転に伴って交差部がＺ軸方向に大きく変位して刃具がこれに追随できないからであるが（追随させるためには、主軸回転数を抑制しなければならず、そうすると、刃具による切削速度が不適切なものになるとともに、加工時間も長くなる）、このようなセット形態をとると、交差部における側面と外周面との交差角は、傾斜円板体の回転角（位相角）ごとに異なるものとなる。従って、刃具を交差部がＸ軸面内で形成する楕円形状と同じ楕円形状を傾斜円板体に描出する軌道で動かしたのでは、面取りする形状や容積が各位相で異なったものとなり、所望とする形状の面取りができないといったことがある。
【特許文献１】特開平１−２７１１０２号公報
【特許文献２】特開平５−２００６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するものであり、上記のような形状をした被加工物であっても、所望とする形状等の面取りを可能にする面取り加工方法及びこの面取り加工方法を実行するＮＣ工作機械並びにこのＮＣ工作機械を制御する制御方法を具現したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、ボスの外周に、ボスの中心軸と特定の傾斜角で傾斜する側面と、中心軸と平行な外周面とを有する傾斜円板を張出させた傾斜円板体を、主軸に取り付けられるチャックで傾斜円板の側面を主軸の軸芯方向であるＺ軸と直角なＸ軸方向に一致させて把持し、傾斜円板の側面と外周面との交差部を刃具で面取りする面取り加工方法において、交差部の、Ｘ軸面内で形成される楕円形状を含む求める面取り形状に適合するよう修正した修正加工形状をＸ軸と平行なＹ軸面内で設定し、刃具を、主軸の回転方向であるＣ軸方向の回転に伴って傾斜円板体に修正加工形状を描出させる加工軌道によってＹ軸方向に動かして交差部に所要の面取り加工を施すことを特徴とする傾斜円板体の面取り加工方法を提供したものである。
【０００７】
又、本発明は、請求項４に記載した、上記した傾斜円板体の面取り加工を実行するＮＣ工作機械であり、このＮＣ工作機械が、主軸の回転方向であるＣ軸方向に主軸を制御するＣ軸制御と、主軸の軸芯方向であるＺ軸方向に移動可能に設けられたＺ軸スライドをＺ軸方向に制御するＺ軸制御と、Ｚ軸スライドに取り付けられてＺ軸と直角なＸ軸方向に移動可能に設けられたＸ軸スライドをＸ軸方向に制御するＸ軸制御と、Ｘ軸スライドに取り付けられてＸ軸と平行なＹ軸方向に移動可能に設けられたＹ軸スライドに取り付けた刃具をＹ軸方向に制御するＹ軸制御の、都合４軸制御で制御されるものであることを特徴とする傾斜円板体の面取り加工を実行するＮＣ工作機械を提供する。
【０００８】
更に、本発明は、請求項５に記載した、上記のＮＣ工作機械を制御する制御方法であり、この制御方法が、傾斜円板体を所定の中心角度で分割して当該分割したＣ軸座標値に対するＹ軸座標値を計算し、主軸の回転に基づくＣ軸座標値の推移に伴ってこのＹ軸座標値に応じて刃具を動かすとともに、分割されたＹ軸座標値の間の刃具経路を線形又は非線形で補間するものであることを特徴とする傾斜円板体の面取り加工を実行するＮＣ工作機械を制御する制御方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、主軸軸芯から見て楕円形状をした被加工物の角部の面取り加工を楕円加工で行なう場合、刃具をＹ軸制御して当該楕円形状に即した楕円軌道をとらせるばかりではなく、この楕円形状を、求める面取り形状に適合した修正加工形状に修正し、この修正加工形状を被加工物に描出する加工軌道をとらせることで、面取りの形状を自由に設定できる。従って、所望の形状の面取りを短時間で行なうことができる。
【００１０】
本発明の特徴は、被加工物である傾斜円板体の形状と、これをチャックに把持させるセット形態の特異性に起因する。則ち、本発明における被加工物は、ボスの外周に、ボスの中心軸と特定の傾斜角で傾斜する側面と、中心軸と平行な外周面とを有する傾斜円板を張出させた傾斜円板体であり、チャックに把持させるときには、傾斜円板の側面をＸ軸に一致させる点にある。従って、傾斜円板、則ち、交差部は、Ｘ軸面内では楕円形状をとることになるが、この場合において、側面と外周面との交差角は、傾斜円板の位相角によってすべて異なるものとなる。
【００１１】
このような傾斜円板の交差部を刃具で面取り加工するには、刃具を単純に交差部がＸ軸面内に形成される楕円形状と同じ楕円形状を傾斜円板体に描出する軌道で動かしたのでは、面取りされて除去された容積及び形状が求めるものと異なることがあるのは上記したとおりである。そこで、Ｘ軸と平行なＹ軸面内で、求める面取り形状に適合するよう修正した交差部の修正加工形状を設定し、刃具を、主軸のＣ軸方向の回転に伴って傾斜円板体に修正加工形状を描出させる加工軌道によってＹ軸方向に動かすことで、交差部に所要の面取り加工ができるようにしたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係るＮＣ工作機械（旋盤）の説明図であるが、このＮＣ工作機械は、一端に主軸台１が載せられたベッド２上を主軸３の軸芯方向（Ｚ軸）に沿ってスライドできるＺ軸スライド４と、Ｚ軸スライド４に載せられてＺ軸と直角な方向（Ｘ軸）にスライドできるＸ軸スライド５と、Ｘ軸スライド５に取り付けられてＸ軸と平行な方向（Ｙ軸）にＸ軸スライド５と独立してスライドできるＹ軸スライド６を有するものである。
【００１３】
これにおいて、Ｚ軸スライド４、Ｘ軸スライド５及びＹ軸スライド６は、それぞれサーボモータ７、８、９でボールネジ等を介して駆動され、その速度と移動量が制御されるようになっている。又、主軸３も、サーボモータ１０で駆動され、その回転方向（Ｃ軸）の回転速度と角度が制御されるようになっている。主軸３にはチャック１１が取り付けられており、これに後述する傾斜円板体１２が把持されるようになっている。又、Ｙ軸スライド６には加工用の刃具１３が取り付けられている。
【００１４】
図２はこのＮＣ工作機械で面取り加工が施される傾斜円板体１２の一部断面側面図、図３は傾斜円板体の傾斜円板の側面を直角方向からみた正面図であるが、この傾斜円板体１２は、円筒体のボス１４（１４ａは内径孔）の外周にボス１４の中心軸と傾斜角α（本例では、α＝２０°）で傾斜して傾斜円板１５が張出するものである。傾斜円板１５は、前後に平行な側面１５ａとその外周端を連結する外周面１５ｂとを有するものであるが、この場合の外周面１５ｂは、ボス１４の中心軸と平行に旋削加工されるものである。
【００１５】
以上の傾斜円板１５の側面１５ａと外周面１５ｂとの交差部１６に面取り加工が施されるのであるが、その準備として、側面１５ａがＸ軸と一致するようにチャック１１に把持させる。本例では、この操作を容易にするために、チャック１１にコレット１１ａを装備し、傾斜円板体１２をコレット１１ａにセットすると、この関係が即座に具現されるようにしている。傾斜円板体１２のこのようなセットによると、傾斜円板１５（交差部１６）は、Ｘ軸面内では長径ａと短径ｂとを有する楕円形状をとることになる。尚、コレット１１ａ及び傾斜円板体１２は、高速回転が可能なように、チャック１１にバランス良く取り付けられている。
【００１６】
この場合、主軸３を回転させて傾斜円板体１２を回転させると、交差部１６における側面１５ａと外周面１５ｂとが交差する交差角βは、傾斜円板体１２の中心角（位相）ごとに違ったものになり、長軸の両端において、それぞれ最小の交差角β1 （負）と最大の交差角β2 （正）をとり、これら交差角β1 、β2 は、傾斜角αと同じになる。尚、以上は、前面の側面１５ａの場合であり、後面の側面１５ａはこれと逆になる。又、短軸では、両端とも、交差角βは０°になる。
【００１７】
このような楕円形状をしている交差部１６を刃具１３で面取り加工するには、交差部１６のＣ軸座標値に応じて刃具１３を傾斜円板体１２に楕円を描出するような楕円軌道をとらせることが必要になる。図４はこの面取り加工を施した状態の傾斜円板１５と刃具１３との関係を示す説明図であるが、これに示すものは、刃具１３を交差部１６の楕円形状と同じ楕円軌道で動かしたものである。この場合、刃具１３は高速で動く必要があるから、軽量で慣性の小さいもので構成しているＹ軸スライド１６のみで動かしている。
【００１８】
刃具１３に楕円軌道をとらせるには、ＮＣ（図示省略）にプログラムする必要があるが、本出願人の有する特許第２６７２９７０号による楕円加工プログラムによれば、この作業が容易になる。その詳細は省略するが、要するに、被加工物の断面を形成する楕円形状の特定点の座標値をフォーマット化されたプログラムに入力して行けば、加工プログラムが自動的に作成されるとするものである。
【００１９】
図５は被加工物の断面を示すものであるが、目的とする加工によっては、被加工物の図面等で特定される楕円形状Ａを修正した修正加工形状Ｂを設定することがあるのは上記したとおりである。そこで、この修正加工形状Ｂにおける特定点ＩＰn の座標を角度Θと半径値Ｒで求めておく（ＩＰn （Θn ，Ｒn ）。そして、この特定点をＮＣの分配周期（ＮＣからサーボモータに対して指令を分配できる最小の周期）を基準にして決めるのであるが、現在のＮＣでは、これを０．２５ｍｓｅｃとすることも可能であるから、仮にこれに設定した場合、分配周期０．２５ｍｓｅｃ毎にＣ、Ｙ、Ｚ軸の微小指令（加工プログラム）をサーボモータに対して分配することになる。
【００２０】
例えば、Ｃ軸を３０００ｒｐｍで回転させようとすると、（３０００×３６０°）÷（６０×１０００）×０．２５＝４．５°のように、１分配周期（０．２５ｍｓｅｃ）のＣ軸の微小移動距離は４．５°になる。逆にいえば、０．２５ｍｓｅｃ毎にＣ軸を４．５°回転させれば、Ｃ軸は３０００ｒｐｍの速度で回転することになる。このことは、Ｃ軸が１回転する間に、３６０÷４．５＝８０回の指令（Ｙ軸、Ｚ軸）を行なうことになる。この点で、回転数が変わると、分割数も変わり、回転数と分割数は反比例の関係になる。
【００２１】
図６は以上のようにして特定点をＹ軸上とＣ軸上に展開したものであるが、このように特定点は微小間隔ではあるが有限であるから、その間を補間する必要がある。この補間には、本例のように、特定点間を線形で補間するものと、非線形で補間するものとがある。前者の場合は直線が一般的であり、後者の場合は円弧又はスプライン（自由）曲線が通常である。いずれの補間の場合であっても、特定点間の間隔は微小であるから、修正加工形状Ｂと大きく外れることはない。
【００２２】
図７はこの場合における刃具１３のＹ軸、Ｘ軸、Ｚ軸上の位置を表したものであるが、上記した曲線は、１回転する間に、Ｘ軸方向には切込みＲ、Ｚ軸方向には送りＳだけずれた位置に収束する。尚、本例のものは、切込みＲや送りＳをＣ軸座標値に対して線形で変化させたものであるが、非線形で変化させたものであってもよい。結局、このような動きを繰り返して所要の加工を行なうことになる。一方、面取りは、前面の交差部１６だけではなく、後面の交差部１６も必要であるから、順次これを行なう。尚、このときの刃具１３の動作は、両方の交差部１６で同じであるから、Ｙ軸スライド６を二つ設けて同時加工することも可能である。更に、この面取り加工の前後には側面１５ａの面切削を行なうこともあり、これを面取り加工後に行なえば、面取り加工の際に生じたバリ等を除去することができる。
【００２３】
図４において、刃具１３を以上のような楕円軌道で動かした場合、交差角βが最小の個所と最大の個所では、面取りした断面形状が異なり、前者では、断面積が小さくて面取り長さの短いものになるし（イ）、後者では、これと逆になる（ロ）。そこで、これでは好ましくない場合には、刃具１３を楕円軌道とは異なる修正した軌道で動かすことも可能である。具体的には、交差部１６がＹ軸面内で形成される実際の楕円形状とは異なっており、求める面取り形状に適合するように修正した修正加工形状を設定し、この修正加工形状を傾斜円板体１２に描出する加工軌道によって刃具１３をＹ軸上で制御するのである。
【００２４】
例えば、上記の例でいえば、交差角βが負の最大の個所では、偏差ｒn を小さくし（より円に近い形状にする）、反対に、正の最大の個所では偏差ｒn を大きくして（楕円を更に潰した形状にする）面取り長さを均一化するといったことが考えられる。この修正加工形状は、被加工物の形状等と求める加工形態との関係に応じて適宜に定めることになる。そして、この修正量は、任意に設定できるから、上記した楕円加工プログラムを使用できる。
【００２５】
更に、上記した図４に示す面取り加工は、刃具１３をＹ軸上にのみ移動したものであるが、これにＸ軸制御やＺ軸制御を付加してＣ軸制御と合わせて都合４軸制御することも可能である。この場合、Ｙ軸制御にＸ軸制御を付加すれば、刃具１３の形状と違っ形状の面取りが可能になるし、Ｚ軸制御を付加すれば、突っ切り切削ではなく、テーパ切削のようになり、大きな面取りも可能になる。但し、これらはＹ軸制御に加えてのものであり、Ｙ軸制御はあくまで必要である。しかし、加工軌道は、Ｙ軸制御のみである必要はなく、Ｘ軸制御と合成して構成されたものであってもよい。
【００２６】
交差部１６の面取り加工は、刃具１３を数次の工程に分けて行なうことも可能である。図８、図９はこれを示す傾斜円板１５と刃具１３との関係を示す説明図であるが、第１次で所要の面取り加工を行なった後に一旦刃具１３を交差部１６から離し、図中直線で示すような軌道で第２次の面取り加工を行なうことも可能である。具体的には、第１次の面取り加工で、その境界にバリ（カエリ）が生じているようなときには、これをさらえるために第２次以下の面取り加工を行なうといったことがある。
【００２７】
更に、逃げ角の小さい刃具１３を用いるような場合、交差角βが大きくなると、その逃げ面が傾斜円板１２の外周面１５ｂに当たって加工ができないようなことがある。このようなときには、干渉しない範囲の位相角のみを面取りするような動かし方をすればよく、これによると、使用する刃具１３の形状の自由度が広がる。
【００２８】
ところで、以上において、刃具は固定型工具であるバイトに依ったが、ミリングカッターのような回転型工具であってもよい。則ち、回転する機能を有する主軸装置をＹ軸スライドに取り付け、これに回転型工具を取り付けたものであってもよい。この他、以上は、被加工物のＸ軸面内における形状が楕円のものについての説明であるが、これに限らず、円形又は非円形をした形状のすべての被加工物に適用できる。この場合も、被加工物のＹ（Ｘ）軸面内における加工形状を求める形状に適合した加工形状に修正したものに設定し、これを基に加工軌道を決定すればよいのである。更に、これにおいて、加工する態様は、面取り加工に限らない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るＮＣ工作機械の要部説明図である。
【図２】本発明に係る傾斜円板体の一部断面側面図である。
【図３】本発明に係る傾斜円板体の側面を直角に見た正面図である。
【図４】本発明に係る傾斜円板体の面取り状態を示す説明図である。
【図５】本発明に係る被加工物の断面図である。
【図６】本発明に係る被加工物の特定点をＹ軸上並びにＣ軸上に展開した座標図である。
【図７】本発明に係るＣ軸座標値に対する刃具のＹ軸、Ｘ軸、Ｚ軸上の位置を示す曲線である。
【図８】本発明に係る傾斜円板体の面取りの別の状態を示す説明図である。
【図９】本発明に係る傾斜円板体の面取りの別の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
３    主軸
４    Ｚ軸スライド
５    Ｘ軸スライド
６    Ｙ軸スライド
１１  チャック
１２  傾斜円板体
１３  刃具
１４  ボス
１５  傾斜円板
１５ａ    〃  の側面
１５ｂ    〃  外周面
１６  交差部
α    傾斜角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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